水利大壩除險加固的設計與施工

吳 劍

(貴陽市水利水電勘測設計研究院，貴陽 550001)

1 大壩的基本情況

目前大部分水利大壩隨著流水的不斷拍打和侵蝕，大壩的石壁上已經出現了裂縫，壩堤的高低程度參差不齊，諸多這樣的問題直接成為了大壩的安全隱患，如何對大壩進行除險加固，成了迫在眉睫的問題。

2 水利建筑中存在的缺陷

經過長期的運作，大壩多多少少也出現了質量上的缺陷，這直接影響了水利系統的正常運營。

2.1 沒有滿足壩體的規范要求

主壩的殼體和墻心的填筑壓實度沒有達標，在過去，對水庫的大壩進行過實地勘察，通過實體建筑勘察，了解壩體的填筑情況。期間，通過鉆孔，探井和物探類似的主要方式，進行測試，得到結論是大壩的平均的壓實度為0.86，壩殼為0.91，很顯然，這兩個指數都沒有達到要求的平均水平。另外，壩體土的均勻性很差，有的地方還有塌方的跡象，這對水利工程的安全形成一大隱患[1]。

2.2 壩基和壩肩

構成壩基和壩肩的巖石在隨著時間的推移會受到一定程度上的腐蝕，對于產生的沙土泥渣要進行及時的清理，不然會有透水的現象，極大地破壞了大壩的安全性。

3 大壩除險加固的設計方案

3.1 壩頂和壩坡的設計

水庫大壩的壩頂應該有排水系統，因此壩頂的排水設計可以讓壩頂的坡度傾斜約20°，并且在大壩下游鋪設路緣石，與排水溝相連。

大壩壩身的坡度應當與壩高、壩型、壩基和力學相結合進行定奪。同時還要依據壩身的載荷量科學的計算壩坡的滲流和穩定性，最后評定大壩是否符合穩定的標準。

大壩上游的護坡可以根據實際情況建設1個戧臺，依據安全穩定，節約資源，便于施工的原則進行設計，打造成預制混凝土塊，預制干砌石的護坡形式。

要注意的是，預制干砌石護坡要留有足夠多的排水口和縱橫縫，護坡底部要設有基座[2]。壩坡厚度要依據反濾和雨水風浪沖擊拍打的要求設定。如圖1所示。

3.2 主壩采取的加固措施

在風化的巖層里鉆孔是很困難的，水壩的壩基在5～20 m時，可以采取帷幕灌漿的方式進行灌漿。防滲施工時必須保證墻心質量，一點也不能遭到破壞。主壩進行加固，首先要修筑全長為360 m塑性混凝土防滲墻[3]。如圖2所示。

圖1 預制干砌石護坡示意圖

圖2 帷幕灌漿防滲施工方法示意圖

3.2.1 防滲墻設計

塑性混凝土是建構防滲墻的主要材料，所以在施工時，采用膨潤土漿液固定墻壁，采用兩鉆法進行穿鑿，再用混凝土泵送澆注。首先，在施工過程中先用沖擊鉆鉆主孔。

3.2.2 帷幕灌漿設計

壩基如果出現風化巖，采取帷幕灌漿的處理方法，帷幕灌漿與混凝土連成一體，防滲墻內的鋼管通過預埋產生，導致鋼管底部產生了風化巖，這時最恰當的處理方式就是用帷幕灌漿的方法。

在防滲墻中間預埋管徑為10 cm的鋼管，間距與鑿孔的孔距一樣均為2 cm，用定位安裝架固定預埋的鋼管，主要是在鑿孔，清孔之后，混凝土澆筑之前進行即可。

直徑為20 mm的定位架由鋼管連接而成，垂直方向距離定位架10 m。

鋼管完成之后，開始對混凝土進行澆注，強度要達到設計的80%采用鉆孔灌漿。

3.3 灌溉發電隧洞的建筑加固設計

外界環境的影響，導致洞壁巖石剝落的跡象，如果沒有被及時清理，就會擴大剝落的程度，所以清理時要觀察實際情況，注意周圍是否也被波及到的范圍。

外界微生物不斷地腐蝕，導致鋼筋外露，破壞了水利工程的穩固性，千里之體潰于蟻穴。做好鋼筋的防護措施，避免腐蝕，另外，可以用環氧砂漿進行修補，穩固洞口。

3.3.1 環氧砂漿建筑設計

最能體現工程的穩固性，主要在環氧砂漿和混凝土以及鋼筋外露的地方，清理壩基底部混凝土鋼筋外露的地方，及混凝土表面的乳皮，露出新的糙濾面，但不能讓糙濾面受到污染，以達到防止鋼筋受到腐蝕。

施工的時候，修補部位進行鑿毛處理，用鋼刷在鋼筋外露的地方反復刷，處理掉外露部位的污染物及銹跡。用棉紗泡過丙酮擦拭基面，到丙酮揮發掉，混凝土變白之后，再涂刷基液。

3.3.2 環氧玻璃絲布建筑設計

清理已經被腐蝕生銹的鋼板并進行鑿毛，按照環氧砂漿施工工藝在鋼板上面涂刷一層10 mm的環氧砂漿，并在環氧砂漿上面黏結0.25 mm厚的環氧玻璃絲布，使用前先用肥皂液進行脫蠟處理，粘貼≥1 mm厚度的四層環氧玻璃絲布。

3.4 壩體培厚施工

壩體培厚施工包括基礎開挖、堆石料填筑、風化料填筑和壩體反濾過濾料填筑等。

3.4.1 基礎開挖

采用挖掘機進行基礎開挖，必要時輔以人工清理，采用流水作業，開挖自上而下一次性完成。

通常施工工序是撒開挖線、清理場地、開挖、推土機集中、裝運和棄土平整。

開挖時應當采用挖一段回填一段的方法，防止壩體產生新的滑動。

3.4.2 堆石料填筑

堆石料的填筑呈現為堆石料解小、石料運輸、灑水、鋪料、推平、碾壓、質檢與驗收。

堆石料鋪筑一般采用進占法，先使用推土機推平，然后人工找平。

為了保證碾壓施工的質量，在碾壓前應當適量灑水，進行振動平碾碾壓，當空隙率和壓實干容重滿足施工要求后再進行下一層填筑施工，施工時要嚴格控制鋪筑厚度、壓實質量。

3.4.3 風化料填筑

風化料的一般填筑程序為風化料開挖、運輸、灑水、鋪料、推平、質檢、下一層填筑。

3.4.4 壩體反濾過渡料填筑

反濾料填筑一般采用砂、碎石的混合料。為了確保反濾料能夠和壩殼料平起填筑，在施工時應當先填反濾料。

鋪筑施工時應當注意:反濾過渡料的含泥量、材質級配、有效寬度厚度、鋪筑位置等均要符合設計要求，在施工過程中避免混入其他料物和雜物，反濾層內不得設置縱縫，反濾料的填筑層次不得發生錯位，有效寬度不可以隨意減小。

3.5 截滲、返濾、排水加固設計

大壩的壩體應該控制滲流量，使之處在一個合理的范圍內，以達到水庫滲流量穩定的要求。壩基和壩坡與防滲體連接必須符合抗滲的要求，通常可以采用高壓旋噴混凝土墻混凝土截滲墻板、在上游壩腳處設置截水槽等方法進行壩基截滲。壩基截滲設計應當與壩體截滲設計相結合，選用較優的設計方案。

壩體的返濾和排水加固可以通過在壩體基部預埋鋼管的末端滲流部位設置過渡層或反濾層，處理滲流溢出。

根據施工方法和材料用途，確定反濾層的厚度。在滲流溢出的部位設置排水管，可以通過貼坡排水法，綜合采用壩頂、壩體、壩坡截水、集水、排水措施。

3.6 溢洪道加固設計

3.6.1 進水段

溢洪道進水渠段總長28.0 m，寬47.6 m，兩側采用直立式導墻。前段18 m導流設置為下潛式;后段接控制段導墻長10 m，頂部高程71.6 m;兩側導墻均采用C20埋石混凝土，導墻頂寬0.8 m，墻背坡比為1∶0.5。進水渠底板為現澆C20鋼筋混凝土，底板高程為65.1 m，厚0.5 m。底板設有縱橫縫。

3.6.2 控制段

溢洪道控制段長35.0 m，寬47.6 m，溢流堰堰型為寬頂堰，寬頂堰坎高1.0 m，斜坡式進口，堰頂高程66.1 m。

兩側邊墻為C 20埋石混凝土重力式擋墻，頂高程71.6 m，頂寬0.8 m，墻背坡比1∶0.5，導墻迎水面層布鋼筋網。

堰底板為現澆C 20混凝土鋼筋混凝土，厚1.0 m。底設置有縱橫縫及縱橫排設施。

3.6.3 泄水段

泄槽段采用矩形斷面，長100.00 m，寬47.6 m，縱坡i=0.196，泄槽邊墻為C20埋石混凝土重力式擋墻，頂寬 0.8 m，墻背坡比為1∶0.5。

泄槽中段邊墻高3.5 m，邊墻上端接控制段邊墻，下端接消力池邊墻，底板為現澆C20鋼筋混凝土，厚1.0 m。

底板設有縱橫縫及縱橫排設施。

3.6.4 消力池

消能防沖設施型式為底流消能，經水力計算，結合現狀、地質條件確定消力池長41 m，深度3.8 m。底板為現澆C20鋼筋混凝土，底板面高程46.5 m，厚1.2 m，迎水面層布鋼筋網。

底板縱橫分縫和設排水設施。消力池兩側墻擋墻采用C20埋石混凝土衡重式擋土墻，墻頂高55.7 m，頂寬 1.8 m，臺寬 1.8 m，底寬 4.3 m，底部采用樁基礎。消力池尾坎頂寬4.0 m，底寬4.0 m，高3.8 m。

4 結語

通過文章簡短的介紹，初步了解了水壩的除險加固的措施，了解了水利工程進行除險加固會給當地和社會帶來巨大的經濟效益，加固除險除了能完善水利系統，同時也能提高水利工程整體的防洪系統，保障了人們的生命財產安全。

在施工管理中，要做到嚴謹的科學態度，對癥下藥，嚴格把握材料的選取和施工過程，確保每個環節都沒不必要的錯誤，讓水壩發揮最大的經濟和社會作用。

[1]伯永年.中國堤壩防滲加固新技術[M].北京:中國水利水電出版社，2001:7－8.

[2]牛運光.病險水庫加固實例[M].北京:中國水利水電出版社，2002:2－4.

[3]華靜，楊華舒，念紅芬.病險土石壩防滲治理措施探析[J].云南水力發電，2005，21(04):21 －23.